尾矿库三维渗流模拟及排渗设施对渗流场影响

为分析排渗管和坝高对尾矿坝浸润线的影响程度,采用数值模拟方法对尾矿库不同工况下浸润线位置 进行研究。 采用 Midas-GTS 软件渗流分析模块对尾矿坝在增设排渗管前后、不同坝高、不同运行水位工况下渗流场分 布进行数值模拟,计算得出不同工况下浸润线位置。 结果表明:增设排渗管后,浸润线与实测浸润线耦合较好,相对误 差在合理范围内;坝高 100 m 时,每隔 7 m 高程差布设排渗管的方案可有效控制坝体内浸润线的埋深和分布,防止发 生渗透破坏,使尾矿库安全运行。 本次研究考虑了尾矿库的复杂性及排渗管对渗流场的直接影响,为尾矿库三维渗 流安全分析提供了一定的参考依据。     

某尾矿库三维渗流分析

针对某尾矿库具体条件,采用三维有限元模拟和渗流场分布计算,判明在概化模型理想条件下尾矿坝三维渗流浸润线埋深的特点;通过对各排渗结构参数的敏感性进行分析,确定影响坝体浸润线埋深主要因素。模拟结果表明：在各排渗结构功能正常的工况下,尾矿库浸润线在尾砂子坝段的埋深均在15 m以下,大于规范要求值。     

库区水位急剧变化对尾矿库坝体稳定的影响

尾矿库的稳定对于矿山安全生产有着重要意义,对尾矿库坝体在不同工况下的稳定性进行计算是尾矿库坝体稳定分析的主要工作。着重分析了库区水位急剧变化时坝体浸润线的变化规律及其对尾矿库坝体稳定的影响,基于二维非稳定渗流方程,通过计算得出了坝体的非稳定渗流场和坝体浸润线的变化规律,并通过Bishop简化法得出了浸润线变化与稳定性的关系。结合尾矿库工程实例,对库区水位变化不同时刻的坝体进行了渗流有限元分析,并相应对其坝体的安全系数进行了计算,提出了尾矿库安全生产在库区水位急剧变化时需要注意的问题和解决这些问题的具体措施。     

基于GTS的某山谷型尾矿库三维渗流场分析

针对某山谷型尾矿库渗流场问题,基于矿库实测地形图与岩土地层勘察资料,依据地形概化的方法,采用MIDAS/GTS软件自带的地形生成器导入实际地形,建立反映尾矿库地形、地质结构特征的三维数值计算模型。运用GTS渗流分析模块进行尾矿库三维渗流场模拟计算,得到尾矿库浸润线的空间分布位置。结果表明,山谷型尾矿库几何体型受到山谷复杂地形的控制,边界形状复杂,渗流场分布相对紊乱;GTS渗流分析结果符合实际规律,可以作为工程的参考依据。     

尾矿库坝体三维渗流场的数值模拟与试验分析

本文以云南某尾矿库工程为研究背景,针对尾矿坝稳定性日渐变差等问题,采用三维数值模拟、堆坝模型试验的浸润线分析结果和室内渗透系数试验等方法,根据室内土工实验的尾矿体渗透系数实验结果,参考国内外尾矿坝渗流计算的渗透系数经验值,考虑到尾矿坝中尾矿体的各向异性问题,选取合理的计算参数,分析尾矿库在不同工况下尾矿坝浸润线的埋深与变化规律,研究表明：试验结果与三维数值模拟计算结果较吻合,能够反映真实情况。     

尾矿库三维坝体稳定性分析

区别于传统的二维极限平衡法,提出了三维坝体稳定性有限元分析法。经过尾矿库洪水计算和调洪演算,利用有限元软件进行三维渗流计算,将其结果应用到尾矿库坝体稳定性计算当中,进行坝体不同工况下的有限元三维稳定性计算。分析得出尾矿库坝体三向位移分布和剪应变分布,从空间意义上评价了坝体稳定性。     

基于MIDAS/GTS的尾矿库三维渗流分析

为了较为真实地模拟实际地形条件对尾矿坝渗流场的影响,采用MIDAS/GTS软件自带的地形生成器导入实际地形,建立了二维、三维有限元模型,对实际工程渗流场进行了数值模拟,并计算出了浸润线的位置。结果表明,由于地形条件的限制,导致简化的二维模型的计算结果与实际监测值相差较大,而三维模型的计算结果与实际监测值基本吻合。     

金属矿山高速率筑坝尾矿库稳定性分析

以四川省攀枝花市虹亦钒钛磁铁矿五道沟尾矿库为例,利用无人机摄影测量技术采集数据,建立三维模型,计算其筑坝速率。在此基础上,利用DEM及点云剖面进行表观变形分析,然后利用渗流场模拟计算浸润线分布情况,最后采用极限平衡法耦合分析坝体稳定性。分析结果表明:五道沟尾矿库筑坝速率为24.89 m/a,属高速率筑坝;2期坝体DEM及点云剖面数据基本重合,变形甚微;浸润线埋深明显大于规范要求;采用简化毕肖普法和瑞典圆弧法计算正常运行、洪水运行和特殊运行工况条件下的坝体安全系数均大于规范值,表明五道沟尾矿库在经历高速率筑坝且渗流场达到稳定状态后,在正常运行、洪水运行和特殊运行工况下整体处于稳定状态。     

尾矿库渗流场计算的改进有限元法

在传统的变动网格法基础上,提出了尾矿库渗流场的改进有限元分析方法。该方法与变动网格法的区别在于,具体计算时将整个坝体作为渗流区域,不需要首先假定自由液面,只需要假定逸出点的高程;网格划分可对整个坝体进行,只是在渗流逸出点附近要细化网格尺寸;在迭代过程中不用考虑渗流区域内的网格调整,只需对逸出点附近的网格进行局部修正。计算结束后得到的渗流场孔隙水压力为零的各点的连线即为浸润线。工程实例进一步验证了该方法的正确性。     

某加高扩容尾矿库排渗管三维有限元模拟及效果分析

针对某加高扩容尾矿库采用弧形排渗管控制坝内浸润面的效果问题,建立了该尾矿库坝体和排渗管的三维有限元精细模型,模拟了排渗管的排渗效果。结果表明:合理布置排渗管,且保证排渗管足够畅通后,在最不利工况下,浸润线埋置深度为14.3 m,可满足渗流控制的要求。排渗管堵塞对浸润线位置有一定影响,当排渗管堵塞一半,计算结果显示浸润线抬高了0.6 m,排渗管深入坝体的直线段距离应不少于100 m。     

生态修复尾矿坝的边坡稳定性评价

当前的尾矿坝稳定性分析中，不考虑植物作用的影响，难以满足尾矿库综合治理的客观要求。以歪头山铁矿尾矿库为例，采集现场生态修复区的植物与根际土壤样品；制作灌木侧须根-土复合土，测定复合土的渗透系数和物理力学性质指标；测量植物生长参数，进行主根条拉伸实验；基于极限平衡法，计算在正常运行、洪水运行、特殊运行工况下，生态修复尾矿坝的浸润线及安全系数。结果表明：无植物体、植物侧须根加筋、植物侧须根加筋+主根锚固+自重等3种状态下，生态修复后尾矿坝的安全系数提高0.025~0.030，说明植物修复有利于坝体稳定，但影响仅限于表层，对整体稳定性影响有限；特殊工况比洪水工况的坝体安全系数略有降低，且随地震时程呈先减小后增加再减小的波动趋势；稳定性评价结果表明，该尾矿坝在3种运行工况下是安全稳定的。     

基于Geo-studio的尾矿库加高扩容后坝体稳定性分析

加高已有尾矿坝是扩大尾矿库库容的一种经济可行的办法,但尾矿库等级升高,溃坝风险增大。以辽宁某尾矿库为例,通过现场勘查和室内试验获得堆积层基本物理力学参数;对比实测浸润线,利用Geo-studio软件模拟分析尾矿坝加高前后渗流场并优化渗透系数,进一步分析坝体静力稳定性和地震动力响应。结果表明：尾矿库浸润线最小埋深在10 m以上,符合规程要求;采用瑞典圆弧法和简化Bishop法计算的安全系数均高于允许最小安全系数,地震对坝体安全性影响较小,只有局部液化;加高后最危险滑面位于初期坝附近370 m标高以下,主要为深层圆弧形滑移,原因是尾粉土渗透性较低导致浸润线升高,建议实时监测尤其是洪水期浸润线高度,必要时采取相应措施降低浸润线,有效杜绝渗透破坏。     

人造干滩在尾矿库运行初期的应用

尾矿库运行初期,尾矿沉积滩难以形成,通过修筑人造干滩,能有效解决初期坝下游局部跑浑现象,保证了尾矿库下游的环境安全。修筑人造干滩后的调洪演算、渗流及稳定性分析结果表明,坝体的防洪、渗透及边坡稳定等安全性均有所增强。因此,人造干滩在尾矿库的设计、运行管理中具有一定的推广意义。     

某山谷型尾矿库三维渗流场模拟分析

某尾矿库的尾矿沉积规律复杂多变，使得尾矿库的渗流场异常复杂。通过三维渗流有限元方法对该尾矿库现状堆高以及最终标高情况下的渗流场进行了模拟分析，对尾矿库后期的安全管理具有较大的指导意义。     

深切割区尾矿库排洪系统"空天地一体化"行洪能力评估

尾矿库作为矿山重大危险源，其排洪系统行洪能力直接影响着尾矿库的稳定性。为解决传统方法对深切割区尾矿库排洪系统行洪能力评估效率低、精度差的问题，以川西高原高山峡谷区某尾矿库为例，首先采用高分遥感技术获取尾矿库汇水区信息，然后利用无人机摄影测量和三维激光扫描技术提取现状库身长度，建立尾矿库DEM，计算调洪库容，最后进行调洪验算，构建了基于“空天地一体化”的深切割区尾矿库排洪系统行洪能力评估方法。实例计算结果表明：尾矿库排洪系统最大泄流量出现于时序3.15 h，泄流量21.58 m³/s，所需调洪库容3.52万m³，小于尾矿库具备的调洪库容4.62万m³，表明排洪系统行洪能力满足相应等级要求，同时也体现出该方法在深切割区尾矿库排洪系统行洪能力评估中具有优越性和可复制性。     

尾矿库冻土及冬季放矿问题研究

针对尾矿库内的冻土层可能引起的浸润线抬升、局部逸出以及坝体失稳等问题,提出了尾矿堆积坝冬季放矿冻结计算方法,并且详细论述了尾矿库存在的冻土以及冬季放矿的特点和危害,依据实例计算提出一些具体的防护措施供相关设计人员参考。     

排渗设施部分失效下的尾矿库放矿渗流分析

为研究排渗设施部分失效条件下放矿对尾矿库渗流场的影响,以河南省某钼矿尾矿库工程为例,基于渗流有限元分析理论,研究特定条件下放矿量对尾矿库渗流场的影响。结果表明:排渗席垫渗透系数降为0.8倍时,设计放矿强度下放矿不超过7 d,仍然能满足尾矿库安全需求;越靠近放矿口处,渗流场受到放矿强度的影响越大;放矿强度超过入渗强度时,矿浆水部分渗入堆积坝内,另一部分汇入库中。研究成果可为矿山企业安全生产及尾矿库安全运行提供参考。     

尾矿坝渗流计算及排渗设计

渗流稳定是影响尾矿坝安全稳定的重要因素,浸润线位置的高低直接关系到尾矿坝安全稳定。以具体尾矿坝为例,根据现场钻孔实测资料,选取合适的计算参数和边界条件,建立合理的计算模型,对排渗设施正常运营和发生破坏两种情况下的尾矿坝渗流情况进行计算分析,得出初期坝的透水性与尾矿坝渗流稳定关系密切,一旦初期坝的防渗层淤堵,出口处的渗透性降低,坝体的整体浸润线升高,甚至有可能在坝坡处出渗。采用局部水平孔排渗的方案,可以有效地起到排渗的作用,降低坝体的浸润线,保证坝体的安全。     

长期运行尾矿库的排渗系统渗透特性的差异化反演分析

排渗系统是尾矿库的重要组成部分之一,对尾矿库的安全稳定有着重大影响。针对长期运行的上游式尾矿库排渗系统的渗透特性反演分析问题,考虑到系统不同位置排渗能力存在差异,提出了渗透特性差异化假定的反演分析。选取某已运行多年的上游式尾矿库,结合工程现状,建立三维有限元反演分析模型,基于可变容差法对排渗系统的渗透特性进行差异化反演分析,研究了尾矿库渗流场分布规律,并对反演分析结果的合理性及准确性进行了评价。结果表明:经差异化反演分析后,计算得到的浸润面数据更符合实际情况,反演成果可为尾矿库后期加高设计提供合理依据。